【摘要】： 放射治療是目前惡性腫瘤治療的主要手段之一,放射治療計(jì)劃系統(tǒng)作為放射治療開展的重要一環(huán),特別是劑量計(jì)算及其可視化技術(shù),對精確放射治療的實(shí)現(xiàn)和新型放射治療技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。隨著相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展和放射治療技術(shù)的不斷革新,放射治療計(jì)劃系統(tǒng)已成為放射治療領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。本文深入研究了光子束劑量計(jì)算及其可視化以及與之密切相關(guān)的圖像分割技術(shù),并在Visual C++平臺上開發(fā)了一套光子束劑量計(jì)算與可視化軟件系統(tǒng),功能包括數(shù)據(jù)庫管理、DICOM圖像瀏覽、圖像分割與三維重建、劑量計(jì)算及可視化等部分。 圖像分割是三維重建和劑量計(jì)算及可視化的基礎(chǔ),本文對Live Wire智能分割算法的思想和原理進(jìn)行了深入研究,對該算法中的代價(jià)函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)后的算法可以更加有效地提取感興趣組織的邊界。 劑量計(jì)算是放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的核心,本文對放射治療計(jì)劃中的光子束劑量計(jì)算方法進(jìn)行了深入研究。主要研究了collapsed cone光子束卷積劑量計(jì)算算法的原理與技術(shù),在Visual C++平臺上開發(fā)實(shí)現(xiàn)了collapsed cone光子束劑量計(jì)算的快速算法。為了驗(yàn)證該劑量計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,本文使用EGSnrc/DOSXYZnrc蒙特卡羅程序,在相同條件下進(jìn)行模擬計(jì)算,并加以分析比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文研究開發(fā)的collapsed cone卷積劑量計(jì)算算法快速、準(zhǔn)確、有效。 劑量可視化是劑量計(jì)算的重要評估手段之一,本文研究了以Marching Cubes算法為代表的三維等劑量面繪制算法和以網(wǎng)格追蹤法為代表的二維等劑量線繪制算法,并在Visual C++平臺上加以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過面片削減和平滑,Marching Cubes算法重建出的三維等劑量面效果好,計(jì)算速度快;網(wǎng)格追蹤法算法能夠處理等劑量線在邊界處不連續(xù)的情況,迅速準(zhǔn)確地追蹤等值線;它們能夠分別滿足三維和二維劑量可視化的需求。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：R730.55;TP391.41
【圖文】：

體模圖[3]。手工計(jì)算的劑量分布只能分層顯示，而且由于沒有合適的評估工具，察等劑量線與靶區(qū)和重要器官間的關(guān)系。20世界80年代末、90年代初隨著計(jì)算機(jī)速發(fā)展，使放射治療計(jì)劃系統(tǒng)從二維(2D)發(fā)展到三維(3D)，具備良好的可視性，圖1.1所示為Elekta公司的Precise三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)界面。

具有代表性的算法有光線跟蹤算法(Ray Tracing)、光線投射算法(Ray Casting)等，其思想是根據(jù)光線穿過三維數(shù)據(jù)場時(shí)被吸收、散射的情況，計(jì)算各數(shù)據(jù)點(diǎn)的光照強(qiáng)度，最終將各數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息投影到二維平面上，形成具有三維信息的圖像，因此體重建算法計(jì)算量很大，計(jì)算速度比較慢，對計(jì)算機(jī)硬件的要求很高，難以滿足實(shí)時(shí)繪制和交互的要求，不過，隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅速發(fā)展，體重建算法應(yīng)用將越來越廣泛。

情況的誤差不能超過一定范圍，一般在 5%以內(nèi)。劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性是衡量放射性能的重要指標(biāo)。把劑量計(jì)算的結(jié)果用二維或三維圖形在計(jì)算機(jī)中顯示，能直觀劃的合理性，經(jīng)過反復(fù)的修正和完善，最終獲得可應(yīng)用于臨床的治療方案，圖 計(jì)劃系統(tǒng)中計(jì)算得到的劑量分布結(jié)果示例圖（分別用劑量偽彩和等劑量線來表示

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